JPS6288804A - 油圧駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、油圧ショベルに備えられるアームシリンダ等
の片ロッドシリンダを可変容量油圧ポンプから吐出され
る圧油によって駆動制御するようにした油圧駆動装置に
関する。

〔発明の背景〕

この種の油圧駆動装置として、従来、特願昭５６−１６
１４号に記載のものがある。第１０図はこの従来の油圧
駆動装置を示す回路図で、１は図示しない操作レバーか
ら出力される信号に応じて吐出量を制御される可変容量
油圧ポンプ、１４はこの可変容量油圧ポンプｌから吐出
される圧油によって駆動制御される片ロッドシリンダ、
例えば油圧ショベルに備えられるアームシリンダで、そ
のヘッド側の受圧面積とロッド側の受圧面積の比は、は
ぼ２：ｌに設定されている。またＡ、　Ｂは可変容量油
圧ポンプ１とアームシリンダ１４とを連絡する主管路、
８はタンク、４は主管路Ａ、Ｂのいずれかの圧力を検知
し、低圧側をタンク８に連通させるフラッシング弁、５
は主管路Ａ、Ｂの最低圧力を規定するリリーフ弁、６．
７は主管路Ａ、Ｂへの油の補給のために設けられたチェ
ック弁である。

第１１図は第１０図に示す油圧駆動装置が備えられる油
圧ショベルの概略側面図である。この図において、１４
は前述したアームシリンダ、１３はブームシリンダ、１
５はパケットシリンダ、１０はブームシリンダ１３によ
って駆動される回動可能なブーム、１１はブーム１０に
連結され、アームシリンダ１４によって回動可能なアー
ム、１２はアーム１１に連結され、パケットシリンダ１
５によって回動可能なパケットで、これらによって作業
機が構成されている。なお、Ｇはアーム１１およびパケ
ット１２等を含めた重心、θはブーム１０とアーム１１
との連結部と重心Ｇとを通る線と接地面とのなす角度で
ある。

上記のように構成される油圧駆動装置にあっては、作業
機の姿勢の変化に応じてアームシリンダ１４のヘッド側
が高圧に、ロッド側が低圧になり、あるいは逆にロッド
側が高圧に、ヘッド側が低圧になり、そのため第１１図
に示すように、アーム１１を最も引き込んだ掘削姿勢か
らアームシリンダ１４を縮めて放出姿勢に移行する際に
問題を生じる。

すなわち最初は、アーム１１の自重がアームシリンダ１
４を縮めるように働き、第１０図の主管路Ｂ側が高圧に
なり、主管路Ａ側がフラッシング弁４によってり°リー
フ弁５を介してタンク８に連通ずる。

このような状態からアーム１１の伸長動作をおこなうた
め可変容量油圧ポンプ１がアームシリンダ１４のヘッド
側回路の油を主管路Ａ側に送り出すと、アーム１１の重
量によるエネルギも手伝ってアームシリンダ１４はその
送り出された油量に応じた速度で作動する。このとき、
上述したように主管路Ａはタンク８に連通している。そ
して、アーム１１が次第に垂直に近い姿勢になると、当
該アーム１１０重量によるエネルギが小さくなり、アー
ムシリンダ１４の作動速度が遅くなる。アーム１１が垂
直位置を過ぎると、アームシリンダ１４に加わる力が反
転し、そのロッド側すなわち主管路Ａが高圧となり、ヘ
ッド側すなわち主管路Ｂが低圧となり、フラッシング弁
４は主管路Ｂをタンク８に連通するように切り換わる。

このとき、アームシリンダ１４は可変容量油圧ポンプｌ
の吐出量とロット′側の受圧面積で決まる速度に急激に
加速される。

第１２図（ａｌは上記したアームシリンダ１４の上述し
た第１１図に示す角度θに対応する作動速度を示す特性
図、第１２図（ｂｌ　、　（ｃ）　、　（ｄ）はそれぞ
れθが５００゜９０　’　、１３０　’におけるアーム
１１部分の形態を例示する説明図・である。なお、第１
２図（ａｌにおけるＳｌはアームシリンダ１４のヘッド
側受圧面積と油圧ポンプ１の吐出量による速度を示し、
第１２図山）の説明図における形態がこれに対応してお
り、Ｓ２はアーム１１の自重による自由落下範囲を示し
、第１２図（ｃｌの説明図における形態がこれに対応し
ており、Ｓ３はアームシリンダ１４のロッド側受圧面積
と油圧ポンプｌの吐出量による速度を示し、第１２図（
ｄ）の説明図における形態がこれに対応している。そし
て、ＳＯはフラッシング弁４の切換点を示している。

このように従来の油圧駆動装置にあっては、上述のよう
に掘削動作から放出動作に移行するに際して、主管路Ａ
、Ｂの圧力やアーム１１の自重による力に応じてアーム
シリンダ１４の作動速度が制御されることから、フラッ
シング弁４の切換点で当該アームシリンダ１４の作動速
度が急激に加速され、このためショックを生じ、操作性
が悪くなる不具合がある。また、アームシリンダ１４の
作動速度がアーム１１の自重の影響を受けることから、
このアーム１１の自由落下による速度低下を生じ、操作
性が悪くなる不具合がある。

〔発明の目的〕

本発明は上記した従来技術における実情に鑑みてなされ
たもので、その目的は、片ロッドシリンダに加わる力の
変化にかかわらず当該片ロッドシリンダの速度変化を防
止することのできる油圧駆動装置を提供することにある
。

〔発明の概要〕

この目的を達成するために本発明は、操作レバーから出
力される信号に応じて吐出量を制御される可変容量油圧
ポンプと、この可変容置油圧ポンプから吐出される圧油
によって駆動制御される片ロッドシリンダとを備えたも
のにおいて、片ロッドシリンダのヘッド側回路とタンク
との間に、流量を制御する電磁比例弁等の弁を設けると
ともに、片ロッドシリンダにかかる負荷の方向を検出し
、信号を出力する検出手段を設け、片ロッドシリンダの
収縮時に、操作レバーから出力される信号に応じて可変
容量油圧ポンプの吐出量を制御し、かつ上記操作レバー
から出力される信号と検出手段から出力される信号に応
じて上述の弁の流量を制御する構成にしである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の油圧駆動装置を図に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例の主要構成を示す回路図、第
２図は第１図に示す回路に備えられろ制御部を示す説明
図である。なおこれらの図において、前述した第１０図
に示すものと同じものは同一符号で示しである。

可変容量油圧ポンプ１には電気・油圧ポンプ吐出量側’
ｒ１１装置′ｆ３５を設けてあり、この制御装置３５は
２ｐ　Ｍの制御部３０からの電気信号に応じて油圧ポン
プ１の吐出量を制御する。また、アームシリンダ１４の
ヘッド側回路を構成する主管路Ｂとタンク８との間に流
量を制御する弁、例えば電磁比例弁２０を設けてあり、
この電磁比例弁２０とタンク８との間に主管路Ａ、Ｂの
最低圧力を規定するリリーフ弁５を配置しである。なお
、電磁比例弁２０は制御部３０から出力される信号に応
じて弁開度が調節される。４０は′？−ムシリンダ１４
のロッド側の圧力、すなわち主管路Ａの圧力を検出し、
制御部３０に信号ＰＡを出力する圧力検出手段、すなわ
ち圧力検出器である。４１はアームシリンダ１４のヘッ
ド側の圧力、すなわち主管路Ｂの圧力を検出し、制御部
３０に信号Ｐ、を出力する圧力検出手段、すなわち圧力
検出器である。

上述した制御部３０は、第２図に示すように、操作レバ
ー２５のレバー信号ＸＬ、圧力検出器４０．４１の信号
ＰＡ、ｐＨのアナログ信号を選択的に出力するマルチプ
レクサ３０ａと、このマルチプレクサ３０Ｂからのアナ
ログ信号をデジタル信号に変換して出力するＡ／Ｄ変換
器３０ｂと、論理判断、演算をおこなう中央処理装置（
ＣＰ　Ｕ）　３０ｃと、処理手順やデータ変換テーブル
等が記憶されるＲＯＭメモリ３０ｄと、ＣＰ　Ｕ３０ｃ
の演算途中の数値等が一時的に記憶されるＲＡＭメモリ
３０ｅと、ＣＰＵ３０ｃで演算されたポンプ指令値ＱＰ
、および電磁比例弁指令値Ｑｖを、それぞれポンプ吐出
量制御装置３５および電磁比例弁２０へ出力する出力器
３０ｆとを備えている。

なお、第３図は制御部３０で実施される処理手順の概要
を示すフローチャート、第４．６．７図はそれぞれ第３
図に示す処理手順の詳細を例示するフローチャート、第
５．８．９図はそれぞれ関数関係、すなわちレバー信号
ＸＬ−ポンプ指令値Ｑｐテーブル、レバー信号ＸＬ　−
ｔ［比例弁指令値Ｑｖ（Ｑｖｒｒ＞テーブル、レバー信
号ＸＬ−電磁比例弁指令値Ｑ　ｖ　（Ｑ　ｖ　ａ　）テ
ーブルで、これらの内容は上述したＲＯＭメモリ３０ｄ
にあらかじめ記憶される。

次に上記のように構成された実施例の動作を主に第３．
４，６．７図に示すフローチャートに従って説明する。

まず、処理手順の概要を示すフローチャートの手順Ａ（
ブロックＡ）において、マルチプレクサ３０ａ、Ａ／Ｄ
変換器３０ｂを動作させ、操作レバー２５のレバー信号
ＸＬ＋圧力検出器４０．４１の信号ＰＡ＋Ｐ、を入力し
、ＲＡＭメモリ３０ｅに一時記憶する。

次に手順Ｂ（ブロックＢ）に移り、ＣＰ　Ｕ３０ｃでポ
ンプ傾転指令値ＱＰを求める演算をおこなう。

この手順Ｂでは、第４図の手順Ｂ−１に詳細に示すよう
に、レバー信号ＸＬをＲＯＭメモリ３０ｄに記憶されて
いる第５図に示すＸＬ−ＱＰ子テーブル関係に応じてポ
ンプ傾転指令値Ｑ、に変換する処理をおこなう。なお、
第５図に示すＸｔは（＋）側がアームシリンダ１４の収
縮方向、（−）側が伸長方向を示している７ 次いで、第３図の手順Ｃ（ブロックＣ）に移り、アーム
シリンダ１４にかかる負荷の方向の検出をおこなう。こ
の手順Ｃでは、第６図に詳細に示すように、まず手順Ｃ
−１において、管路Ｂの圧力すなわち圧力検出器４１の
出力である信号Ｐ、とアームシリンダ１４のヘッド側受
圧面積Ａ、がＣＰ　Ｕ３０ｃに呼出され、このＣＰ　Ｕ
３０ｃでアームシリンダ１４のヘッド側負荷Ｆｍが、 Ｆｌ−ｍ　ｐ　ｍ　ｘ　Ａ　ｍ によって求められる０次ぎに手順Ｃ−２に移り、管路Ａ
の圧力すなわち圧力検出器４１の出力である信号ＰＡと
アームシリンダ１４のロッド側受圧面積Ａ、が呼出され
、アームシリンダ１４のヘッド側負荷Ｆ、が、 ＦＡ　−ＰＡ　ＸＡＡ によって求められる。次に手順Ｃ−３に移り、上述の負
荷Ｆ、、Ｆ、の大小を判定する＊ＦＡ＞Ｆｌと判定され
た場合、つまりアームシリンダ１４がロッド側の負荷が
大きいと判定された場合には手順Ｃ−４に移り、ＲＡＭ
メモリ３０ｅ上に設定される負荷方向フラグＦ、をクリ
ア（−０）する、また、手順Ｃ−３においてＦＡ≦Ｆ、
と判定された場合、つまりアームシリンダ１４がヘッド
側の負荷が大きいと判定された場合には手順Ｃ−５に移
り、負荷方向フラグＦ、をセット（＝１）する。すなわ
ち、圧力検出器４０．４１および制御部３ｏのＣＰ　Ｕ
３０ｃ等によってアームシリンダ１４にかかる負荷の方
向を検出し、信号を出力する検出手段が構成されている
。

次に第３図の手順Ｄ（ブロックＤ）に移り、電磁比例弁
２０に対する指令の演算をおこなう。この手順りでは、
第７図に詳細に示すように、手順り一１において先に設
定した負荷方向フラグＦ、が１か０か判定する。この判
定がＦ、−１すなわちアームシリンダ１４のヘッド側負
荷が大の場合には、手順Ｄ−２に移り、レバー信号ＸＬ
をＲＯＭメモ１Ｊ３０ｄに記憶されている第８図に示す
Ｘｔ　　Ｑｖ（Ｑ□）テーブルの関係に応じて電磁比例
弁指令値Ｑｖに変換する処理をおこなう。また、手順り
一１でＦｓ”０．すなわちアームシリンダ１４のロッド
側負荷が大と判定された場合には手順Ｄ−３に移り、レ
バー信号ＸＬをＲＯＭメモリ３０ｄに記憶されている第
９図に示すＸＬ　　Ｑｖ（Ｑ□）テーブルの関係に応じ
て電磁比例弁指令値Ｑｖに変換する処理をおこなう。

ここで上記した第８．９図に示したＸｔ−Ｑｖ（ＱＶＩ
）、　　ＸＬ　−Ｑｖ　（ＱｖＡ）テーブルについて説
明する。両テーブルにおいて、Ｘ、〈０のときＱｖがＯ
となるように設定しであるのは、ＸＬ＜Ｏ。

つまりアームシリンダ１４が伸長する方向にあるときは
油圧回路内の油量は不足する。そのためチェック弁６、
あるいはチェック弁７を介してタンク８から油が供給さ
れるので、電磁比例弁２０は閉じておく必要がある。そ
して、Ｘ２Ｏ３つまりアームシリンダ１４が収縮する方
向にあるときは、油圧回路内の油が余剰になるので、電
磁比例弁２０を開とし、余剰油を逃がす必要がある。な
お、この場合アームシリンダ１４のロッド側に流れる油
量をｑＰとし、この油量ｑ、によって８亥アームシリン
ダ１４のヘッド側から流出する油量をｑｈとすると、は
ぼ油量Ｑｖ””ｑｈ−ｑｐが！磁比側弁２０を通してタ
ンク８に流れるように電磁比例弁２０を駆動する指令！
Ｉ　Ｑ　、を設定しである。

また、アームシリンダ１４にかかる負荷方向に応じてＱ
ｖＯ値を変えるのは以下の理由による。

すなわち、アームシリンダ１４のヘッド側負荷が大のと
き、つまりアームシリンダ１４のヘッド側で負荷を支え
ているときには、電磁比例弁２０を通過する油により当
該アームシリンダ１４の速度が決まり、したがって！磁
比側弁２０の開度をあまり大きくすると当該速度が制御
できなくなる。このようなことから、第８図に示すテー
ブルでは、Ｘ、に対するＱｖの値が比較的小さくなるよ
うに設定しである。また、アームシリンダ１４のロッド
側負荷が大のとき、つまりアームシリンダ１４のロッド
側で負荷を支えているときには、ポンプ吐出量でアーム
シリンダ１４の速度を制御でき、したがって電磁比例弁
２０の開度があまり小さいと、余剰油のために管路Ｂ内
に圧力がたち、アームシリンダ１４を通じてロッド側す
なわち管路Ａ内にも圧力がたち、アームシリンダ１４を
駆動するのに大きな馬力が必要となり、エネルギの浪費
を生じる。このようなことから、第９図に示すテーブル
ではＸＬに対するＱｖの値が比較的大きくなるように設
定してあり、このときの電磁比例弁２０の開度を太き（
して余剰油を逃げやすくしている。

そして、上記した手順りの終了後、第３図に示す手順Ｅ
（ブロックＥ）に移り、出力器３０ｆからポンプ指令値
ＱＰ　、電磁比例弁指令値Ｑｖをポンプ吐出量制御装置
３５．電磁比例弁２０のそれぞれに出力する。そして、
手順Ａに戻る。制御部３０はこのような手順Ａから手順
Ｅまで常に回って処理をおこなう。

このように構成した実施例では、フラッシング弁を設け
ておらず、第５．８．９図に例示する制御部３０のＲＯ
Ｍメモリ３０ｄに設定される関数関係に応じて電磁比例
弁２０の開度すなわち電磁比例弁を流れる余剰油の量が
調整され、これによ・つてアームシリンダ１４の作動速
度は操作レバー２５の操作量に対応した所定の作動速度
に制御され、すなわちアームの形態の変化に伴ってアー
ムシリンダ１４に加わる力の変化にかかわらず当該アー
ムシリンダ１４の速度変化を防止でき、アームシリンダ
１４の急激な加速やアームの自由落下による速度低下を
生じることがなく、良好な操作性が得られる。

また、アームシリンダ１４の収納時、アームシリンダ１
４がヘッド側で負荷を支えているときには電磁比例弁２
０の開度を比較的小さくすることによって微操作を実現
でき、一方、同収縮時にアームシリンダ１４がロッド側
で負荷を支えているときには電磁比例弁２０の開度を比
較的大きくすることによってエネルギの浪費を防止でき
る。

なお、上記実施例では片ロッドシリンダの一例としてア
ームシリンダ１４を挙げたが、本発明はこれに限定され
ず、大きさおよび方向が変化する力が加えられる片ロッ
ドシリンダを有するものであれば適用可能である。

〔発明の効果〕

本発明の油圧駆動装置は以上のように構成しであること
から、片ロッドシリンダに加わる力の変化にかかわらず
当該片ロッドシリンダの速度変化を防止でき、それ故、
従来に比べて操作性が向上し、また片ロッドシリンダの
収縮時においてヘッド側に負荷がかかつているときの微
操作を実現でき、また同収縮時においてロッド側に負荷
がかかつているときの主管路の圧力の閉じ込みを防止で
き、エネルギの浪費を抑制できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第９図は本発明の油圧駆動装置の一実施例を示
す説明図で、第１図は主要溝底を示す回路図、第２図は
第１図に示す回路に備えられる制御部を示す説明図、第
３図は第２図に示す制御部で実施される処理手順の概要
を示すフローチャート、第４図５第６図、および第７図
はそれぞれ第３図に示す処理手順の詳細を例示するフロ
ーチャート、第５図、第８図、および第９図はそれぞれ
第３図に示す制御部に記憶される関数関係を例示する説
明図、第１０図は従来の油圧駆動装置を示す回路図、第
１１図は第１０図に示す油圧駆動装置が備えられる油圧
ショベルの概略側面図、第１２図（ａｌは第１０図に示
すアームシリンダの第１１図に示す角度θに対応する作
動速度を示す特性図、第１２図山）。 （Ｃ１，（ｄｌは第１１図に示す角度θがそれぞれ５０
°。 ９０°、１３０’の場合におけるアーム部分の形態を例
示する説明図である。 １・・・可変容量油圧ポンプ、８・・・タンク、１４・
・・アームシリンダ（片ロッドシリンダ）、２０・・・
１Ｈ１ｔ比例弁、２５・・・操作レバー、３０・・・制
御部、３０ａ・・・マルチプレクサ、３０ｂ・・・Ａ／
Ｄ変換器、３０ｃ・・・中央処理装置ｆ　（ＣＰＵ）　
、３０ｄ　・ＲＯＭメモリ、３０ｅ　＝ＲＡ　Ｍメモリ
、３０ｆ・・・出力装置、３５・・・電気・油圧ポンプ
吐出量側′ａ装置、４０．４１・・・圧力検出器。 １）２汐ぐ土− 第１図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図 第１１図 第１２図 角彦θ　（ｄｅ９）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、操作レバーから出力される信号に応じて吐出量を制
   御される可変容量油圧ポンプと、この可変容量油圧ポン
   プから吐出される圧油によつて駆動制御される片ロッド
   シリンダとを備えた油圧駆動装置において、上記片ロッ
   ドシリンダのヘッド側回路とタンクとの間に、流量を制
   御する弁を設けるとともに、上記片ロッドシリンダにか
   かる負荷の方向を検出し、信号を出力する検出手段を設
   け、上記片ロッドシリンダの収縮時に、上記操作レバー
   から出力される信号に応じて上記可変容量油圧ポンプの
   吐出量を制御し、かつ上記操作レバーから出力される信
   号と上記検出手段から出力される信号に応じて上記の弁
   の流量を制御することを特徴とする油圧駆動装置。